4093 este un pachet cu 14 pini care conține patru porți de declanșare NAND Schmitt cu 2 intrări cu logică pozitivă, așa cum se arată în figura următoare. Este posibil să operați cele patru porți NAND separat sau colectiv.
Porțile logice individuale ale IC 4093 funcționează în felul următor.
După cum puteți vedea, fiecare poartă are două intrări (A și B) și o ieșire. Ieșirea își schimbă starea de la nivelul maxim de alimentare (VDD) la 0V sau invers, în funcție de modul în care sunt alimentați pinii de intrare.
Acest răspuns de ieșire poate fi înțeles din tabelul de adevăr al porții 4093 NAND, așa cum se arată mai jos.
Cuprins
Înțelegerea tabelului de adevăr 4093
Din detaliile tabelului de adevăr de mai sus putem interpreta operațiile logice ale porții așa cum se explică mai jos:
- Când ambele intrări sunt scăzute (0 V), ieșirea devine ridicată sau egală cu nivelul de alimentare DC (VDD).
- Când intrarea A este scăzută (0 V) și intrarea B este ridicată (între 3 V și VDD), ieșirea devine ridicată sau egală cu nivelul de alimentare DC (VDD).
- Când intrarea B este scăzută (0 V) și intrarea A este ridicată (între 3 V și VDD), ieșirea devine ridicată sau egală cu nivelul de alimentare DC (VDD).
- Când ambele intrări A și B sunt ridicate (între 3 V și VDD), ieșirea devine scăzută (0 V)
Caracteristicile de transfer ale 4093 quad NAND Schmitt Trigger sunt prezentate în figura următoare. Pentru toate nivelurile de tensiune de alimentare pozitivă (VDD), caracteristica de transfer a porților prezintă aceeași structură de bază a formei de undă.
Înțelegerea declanșatoarelor și histerezisului IC 4093 Schmitt
O caracteristică distinctă a porților IC 4093 NAND este că acestea sunt toate declanșatoarele Schmitt. Deci, care sunt exact declanșatorii Schmitt?
Declanșatoarele IC 4093 Schmitt sunt o varietate unică de porți NAND. Una dintre cele mai utile caracteristici ale sale este cât de repede reacționează la semnalele de intrare.
Porțile logice cu declanșare Schmitt se vor activa și își vor transforma ieșirile la un nivel ridicat sau scăzut numai după ce nivelul lor logic de intrare atinge un nivel real. Acest lucru este cunoscut sub numele de histerezis.
Capacitatea declanșatorului Schmitt de a crea histerezis este o caracteristică crucială (în mod normal, în jur de 2,0 volți folosind o sursă de 10 V).
Să aruncăm o privire rapidă la circuitul oscilator descris în Fig. A de mai jos pentru a obține o înțelegere mai profundă a histerezisului. Figura B compară formele de undă de intrare și de ieșire ale circuitului oscilator.
Dacă vă uitați la Fig. A, veți vedea că intrarea pinului 1 a porții este legată de șina de tensiune pozitivă, în timp ce intrarea pinului 2 este atașată la joncțiunea condensatorului (C) și a rezistenței de feedback (R).
Condensatorul rămâne descărcat, iar intrările și ieșirile porții sunt ambele la tensiune zero (0 logic) până când sursa de curent continuu este conectată la circuit.
De îndată ce sursa de curent continuu este pornită la circuitul oscilator, pinul 1 al porții devine instantaneu ridicat, deși pinul 2 rămâne scăzut.
Ieșirea porții NAND variază ridicată ca răspuns la situația de intrare (verificați timpul t0 în Fig. B).
Ca rezultat, rezistorul R și condensatorul C încep să se încarce până când atinge nivelul VN. Acum, Pinul 2 devine instantaneu ridicat de îndată ce încărcarea condensatorului atinge nivelul VN.
Acum, deoarece ambele intrări ale porții sunt ridicate (vezi timpul t1), ieșirea porții oscilează la nivel scăzut. Acest lucru forțează C să descarce prin R până când atinge nivelul VN.
Când tensiunea de pe pinul #2 scade la nivelul VN, ieșirea porții revine la nivel ridicat. Această serie de ciclu ON/OFF de ieșire continuă atâta timp cât circuitul rămâne alimentat. Așa oscilează circuitul.
Dacă ne uităm la graficul de sincronizare, constatăm că ieșirea devine scăzută numai atunci când intrarea atinge valoarea Vp, iar ieșirea oscilează în sus doar odată ce intrarea ajunge sub nivelul VN.
Aceasta este determinată de încărcarea și descărcarea condensatoarelor prin intervalele de timp t0, t1, t2, t3 etc.
Din discuția de mai sus putem observa că ieșirea declanșatorului Schmitt comută numai atunci când intrarea atinge un nivel scăzut bine definit VN și un nivel ridicat Vp. Această acțiune a unui declanșator Schmitt de a comuta ON/OFF ca răspuns la praguri de tensiune de intrare bine definite se numește histerezis.
Unul dintre principalele avantaje ale circuitului oscilator Schmitt este că pornește automat când circuitul este pornit.
Tensiunea de alimentare controlează frecvența de lucru a circuitului. Aceasta este de aproximativ 1,2 MHz pentru o sursă de 12 volți și scade pe măsură ce sursa este redusă. C ar trebui să aibă o valoare minimă de 100 pF, iar R nu trebuie să fie mai mic de 4,7k.
IC 4093 Proiecte de circuit
IC-ul de declanșare Schmitt 4093 este un cip versatil care poate fi folosit pentru construirea multor proiecte de circuite interesante. Cele patru porți de declanșare Schmitt furnizate în interiorul unui singur cip 4093 pot fi personalizate pentru multe implementări utile.
În acest articol vom discuta câteva dintre ele. Următoarea listă oferă numele a 12 proiecte interesante de circuite IC 4093. Fiecare dintre acestea va fi discutată în detaliu în paragrafele următoare.
- Driver Piezo Simplu
- Circuit automat de iluminat stradal
- Circuit de respingere a dăunătorilor
- Circuit de sirenă de mare putere
- Circuitul temporizator de oprire cu întârziere
- Atingeți Circuitul comutator ON/OFF activat
- Circuitul senzorului de ploaie
- Circuitul detector de minciuni
- Circuitul injectorului de semnal
- Circuitul driver al tubului fluorescent
- Circuit intermitent cu tub fluorescent
- Circuit intermitent lampă activată cu lumină
1) Driver Piezo simplu
Un foarte simplu și eficient circuit piezo driver poate fi construit folosind un singur IC 4093, așa cum se arată în schema de circuit de mai sus.
Una dintre porțile de declanșare Schmitt N1 este instalată ca un circuit oscilator reglabil. Ieșirea acestui oscilator este undă pătrată cu o frecvență determinată de valoarea condensatorului C1 și de reglarea potului P1.
Frecvența de ieșire de la N1 se aplică porților N2, N3, N4 care sunt conectate în paralel. Aceste porți paralele funcționează ca o etapă tampon și amplificator de curent. Ele împreună ajută la creșterea capacității curente a frecvenței de ieșire.
Frecvența amplificată este aplicată la baza tranzistorului BC547, care amplifică și mai mult frecvența pentru a conduce un traductor piezo atașat. Traductorul piezo începe acum să bâzâie relativ tare.
Dacă doriți să creșteți și mai mult volumul piezo-ului, puteți încerca să adăugați un 40uH bobină sonoră chiar peste firele piezo.
2) Circuitul de iluminat stradal automat
O altă utilizare excelentă a IC 4093 poate fi sub forma a circuit automat de iluminat stradal simplu , așa cum este prezentat în diagrama de mai sus.
Aici, poarta N1 este conectată ca un comparator. Compară potențialul generat de rețeaua divizor rezistiv formată din rezistența LDR și rezistența potului R1.
În această etapă, N1 exploatează eficient caracteristica de histerezis a declanșatorului Schmitt integrat. Se asigură că ieșirea își schimbă starea numai atunci când rezistența LDR atinge un anumit nivel extrem.
Cum functioneaza
În timpul zilei, când există multă lumină ambientală pe LDR, rezistența acestuia rămâne scăzută. În funcție de setarea lui P1, această rezistență scăzută creează o logică scăzută la pinii de intrare ai lui N1, ceea ce face ca ieșirea sa să rămână ridicată.
Acest înalt este aplicat intrărilor etajului tampon, creat de conexiunea paralelă a N2, N3, N4.
Deoarece toate aceste porți sunt manipulate ca NU porți, ieșirea este inversată. Logica mare de la N1 este inversată la o logică scăzută la ieșirea porților N2, N3, N4. Această logică scăzută sau 0V ajunge la baza tranzistorului de driver de releu T1, astfel încât să rămână oprit.
Aceasta, la rândul său, face ca releul să rămână oprit cu contactele sale sprijinindu-se pe contactele N/C.
Becul fiind configurat la Contactele N/O ale releului rămâne oprit.
Când se apune întunericul în, iluminarea LDR începe să scadă, ceea ce face ca rezistența acestuia să crească. Din această cauză, tensiunea la intrarea lui N1 începe să crească. Caracteristica de histerezis a porții N1 „așteaptă” până când această tensiune este suficient de mare pentru a face ca ieșirea sa să schimbe starea de la mare la scăzută.
Imediat ce ieșirea lui N1 devine scăzută, aceasta este inversată de porțile N2, N3, N4 pentru a crea un nivel ridicat la ieșirile lor paralele.
Această înaltă pornește tranzistorul și releul și, ulterior, becul LED este, de asemenea, iluminat. În acest fel, când se lasă seara sau întunericul, becul de iluminat stradal atașat se aprinde automat.
În dimineața următoare, procesul se inversează, iar becul lampii stradale este stins automat.
3) Circuit de respingere a dăunătorilor
Dacă doriți să construiți un ieftin, dar destul de eficient dispozitiv de respingere a șobolanilor sau rozătoarelor , atunci acest circuit simplu ar putea ajuta.
Din nou, acest proiectează și cele 4 porți de declanșare Schmitt dintr-un singur IC 4093.
Configurația este destul de similară cu circuitul de driver piezo, cu excepția includerii transformator coborâtor .
Semnalul de înaltă frecvență care poate fi potrivit pentru alungarea dăunătorilor este reglat cu atenție folosind P1.
Această frecvență este amplificată de cele 3 porți paralele de-a lungul și de tranzistorul Q1. Colectorul Q1 poate fi văzut configurat cu un primar de transformator de 6 V.
Transformatorul mărește frecvența la un nivel de tensiune ridicat de 220 V sau 117 V, în funcție de specificația de tensiune a secundarului transformatorului.
Această tensiune amplificată este aplicată peste un traductor piezo pentru generarea unui zgomot înalt. Acest zgomot poate fi foarte deranjant pentru dăunători, dar poate fi inaudibil pentru oameni.
Zgomotul de înaltă frecvență determină în cele din urmă dăunătorii să părăsească zona și să fugă într-o altă locație liniștită.
4) Circuit de sirenă de mare putere
Figura de mai jos arată cum IC 4093 poate fi aplicat pentru a construi un puternic circuitul sirenelor . Tonul sirenei este complet reglabil printr-un buton potențiometru.
În ciuda configurației sale simple, circuitul din acest exemplu este într-adevăr capabil să producă un sunet puternic. MOSFET-ul n-canal care alimentează difuzoarele permite acest lucru.
Acest MOSFET special are o rezistență de scurgere la ieșire la sursă de doar trei miliohmi și poate fi operat direct folosind circuite logice CMOS. În plus, curentul său de scurgere poate ajunge la 1,7 A, cu o tensiune de vârf a sursei de scurgere de 40 V.
Este bine să încărcați MOSFET-ul direct cu un difuzor, deoarece este în esență indestructibil.
Controlul circuitului este la fel de simplu ca pornirea logicii de intrare ENABLE la mare (care ar putea fi implementată și printr-un comutator obișnuit în loc de o sursă digitală).
Poarta N2 oscilează ca urmare a impulsurilor de la declanșatorul Schmitt N1 odată ce intrarea la pinul 5 este ridicată. Ieșirea porții N2 este alimentată către MOSFET prin etapa tampon construită în jurul N3. Presetarea P1 permite modularea frecvenței lui N2.
5) Temporizator de oprire cu întârziere cu sonerie
IC 4093 poate fi, de asemenea, folosit pentru a construi un util, dar simplu întârzierea circuitului temporizatorului OFF , așa cum se arată în figura de mai sus. Când alimentarea este pornită, soneria piezo va începe să sune, indicând că temporizatorul nu este setat.
Cronometrul este setat atunci când apăsarea este apăsată momentan pe ON.
Când butonul este apăsat, C3 se încarcă rapid și aplică o logică înaltă la intrarea porții 4093 asociate. Acest lucru face ca ieșirea porții să devină scăzută sau 0 V. Acest 0 V este aplicat la intrarea etajului oscilator construit în jurul porții N1.
Acest 0 V trage intrarea porții N1 la 0 V prin dioda D1 și o dezactivează, astfel încât N1 nu poate oscila.
Ieșirea lui N1 inversează acum zeroul logic de intrare la un nivel logic ridicat la ieșirea sa, care este alimentat la intrările paralele ale lui N2 și N3.
N2 și N3 inversează din nou această logică înaltă în zero logic la baza tranzistorului, astfel încât tranzistorul și piezo-ul rămân oprite.
După o întârziere predeterminată, condensatorul C3 se descarcă complet prin rezistorul R3. Acest lucru face ca un nivel logic să apară la intrarea porții asociate. Puterea acestei porți devine acum ridicată.
Din acest motiv, zeroul logic de la intrarea lui N1 este eliminat. Acum, N1 este activat și începe să genereze o ieșire de înaltă frecvență.
Această frecvență este amplificată în continuare de N2, N3 și tranzistor pentru a conduce elementul piezo. Piezo-ul începe acum să bâzâie, indicând că timpul de oprire a întârziat a trecut.
6) Atingeți Comutator activat
Următorul design arată a comutator simplu activat prin atingere folosind un singur IC 4093. Funcționarea circuitului poate fi înțeleasă cu următoarea explicație.
De îndată ce alimentarea este pornită din cauza condensatorului C1 de la intrarea lui N1, logica de la intrarea lui N1 este trasă la tensiunea de masă. Acest lucru face ca buclele de feedback N1 și N2 să se blocheze cu această intrare. Acest lucru are ca rezultat crearea unei logici de 0 V la ieșirea lui N2.
Logica de 0 V face ca treapta driverului releului de ieșire să fie inactivă în timpul primului comutator de alimentare ON.
Acum imaginați-vă că baza tranzistorului T1 este atinsă cu un deget. Tranzistorul ar declanșa imediat ON, generând un semnal logic ridicat prin C2 și D2 la intrarea lui N1.
C2 se încarcă rapid și previne orice activare ulterioară eronată de la atingere. Acest lucru asigură că procedura nu este împiedicată de efectul de debouncing.
Logica ridicată menționată mai sus inversează imediat starea N1/N2, determinându-le să se blocheze și să creeze o ieșire pozitivă. Etapa de antrenare a releului și sarcina asociată sunt pornite de această ieșire pozitivă.
Acum, următorul contact cu degetul ar trebui să facă circuitul să revină la poziția inițială. N4 este utilizat pentru a realiza această funcționalitate.
Odată ce circuitul revine la starea inițială, C3 se încarcă în mod constant (în câteva secunde), provocând apariția unui nivel logic scăzut la intrarea corespunzătoare a lui N3.
Cu toate acestea, cealaltă intrare a lui N3 este deja menținută la un nivel logic scăzut de către rezistorul R2, care este împământat. N3 este acum perfect poziționat într-o stare de așteptare, „gata” pentru următorul declanșator tactil de intrare.
7) Senzor de ploaie
IC 4093 poate fi, de asemenea, perfect configurat pentru a crea un circuitul senzorului de ploaie cu un oscilator pentru sonerie.
O baterie de 9 V poate fi folosită pentru alimentarea circuitului și, din cauza utilizării extrem de scăzute a curentului, va supraviețui cel puțin un an. Trebuie schimbat după un an, deoarece apoi va lipsi fiabilitatea din cauza autodescărcării.
În forma sa cea mai simplă, dispozitivul constă dintr-un detector de ploaie sau apă, un R-S bistabil, un oscilator și o treaptă de conducere pentru soneria de avertizare.
O bucată aruncată de 40 pe 20 mm de placă de circuit servește drept senzor de apă. Conexiunile prin cablu ar putea fi folosite pentru a uni toate pistele PCB-ului. Pentru a preveni corodarea urmelor, poate fi recomandabil să le cosiți.
Când alimentarea este pornită, bistabilul este imediat activat prin rețeaua de serie a R1 și C1.
Rezistența dintre cele două seturi de piste de pe PCB-ul senzorului este într-adevăr foarte mare atâta timp cât este uscat. Cu toate acestea, rezistența scade rapid atunci când este detectată o umiditate.
Senzorul și rezistența R2 sunt conectate în serie, iar cele două combinate creează un divizor de tensiune care este dependent de umiditate. De îndată ce intrarea 1 a N2 devine scăzută, resetează R-S bistabil. Prin urmare, oscilatorul N3 este pornit, iar poarta șoferului N4 acţionează soneria.
8) Detector de minciuni
Un alt mod excelent de a utiliza circuitul de mai sus poate fi sub forma unui detector de minciuni.
Pentru un detector de minciuni, elementul de detectare este înlocuit cu două bucăți de sârmă cu capetele decupate și cositorite.
Persoanei chestionate i se dau apoi firele goale pentru a se ține strâns. Soneria începe să sune dacă ținta se întâmplă să spună minciuni. Această situație este declanșată din cauza umidității generate pe strânsoarea persoanei din cauza nervozității și vinovăției.
Valoarea lui R2 determină sensibilitatea circuitului; pot fi necesare unele experimente aici.
Prin blocarea comutatorului S1 ON, oscilatorul (și, prin urmare, soneria) ar putea fi oprit.
9) Injector de semnal
Un circuit integrat 4093 poate fi configurat eficient pentru a funcționa ca un circuit injector audio. Acest dispozitiv poate fi utilizat pentru depanarea pieselor defecte în etapele circuitului audio.
Dacă ați încercat vreodată să vă reparați propriile sisteme de sunet, este posibil să fiți pe deplin familiarizat cu capacitățile unui injector de semnal.
Un injector de semnal, pentru neprofesionist, este un generator de undă pătrată de bază creat pentru a pompa o frecvență audio într-un circuit testat.
Poate fi folosit pentru a detecta și identifica o componentă defectă dintr-un circuit. Un circuit injector de semnal poate fi, de asemenea, utilizat pentru a investiga secțiunile RF ale receptoarelor AM/FM.
Figura de mai sus prezintă o reprezentare schematică a injectorului de semnal. Secțiunea oscilatorului sau generatorului de unde pătrate a circuitului este structurată în jurul unei singure porți (IC1a).
Valorile condensatorului C1 și ale rezistenței R1/P1 stabilesc frecvența oscilatorului, care poate fi în jur de 1 kHz. Prin ajustarea valorilor P1 și C1 pentru treapta oscilatorului, intervalul de frecvență al circuitului ar putea fi schimbat.
Al circuitului ieșire cu undă pătrată comută ON/OFF pe întreaga șină de alimentare. Pentru alimentarea circuitului ar putea fi utilizate tensiuni de alimentare care variază de la 6 la 15 volți.
Cu toate acestea, puteți utiliza și o baterie de 9V. Ieșirea porții N1 este interconectată în serie cu celelalte trei porți ale IC 4093. Aceste 3 porți pot fi văzute conectate în paralel între ele.
Cu acest aranjament, ieșirea oscilatorului este tamponată în mod adecvat și amplificată la un nivel care poate alimenta în mod adecvat circuitul care este testat.
Cum se folosește un injector de semnal
Pentru a depana un circuit folosind un injector, semnalul este injectat peste componente din spate în față. Să presupunem că doriți să depanați un radio AM cu un injector. Începeți prin a aplica frecvența injectorului la baza tranzistorului de ieșire.
Dacă tranzistorul și celelalte părți care îl urmează funcționează corect, semnalul se va auzi prin difuzor. În cazul în care nu se aude niciun semnal, semnalul injectorului este transmis înainte spre difuzor până când difuzorul emite un sunet.
Partea care precedă acest punct ar putea fi considerată cel mai probabil ca fiind defectă.
10) Driver pentru tub fluorescent
Figura de mai sus prezintă Invertoare cu lumină fluorescentă proiectare schematică folosind IC 4093. Circuitul poate fi utilizat pentru a alimenta un bec fluorescent folosind două baterii reîncărcabile de 6 volți sau o baterie auto de 12 volți.
Cu câteva mici ajustări, acest circuit este practic identic cu precedentul.
În formatul său existent, Q1 este comutat alternativ de la saturație și decuplare folosind ieșirea oscilatorului tamponat.
Primarul lui T1 experimentează un câmp magnetic în creștere și în scădere ca urmare a comutării colectorului Q1, care este legat la o bornă a unui transformator de creștere.
Ca rezultat, înfășurarea secundară a lui T1 experimentează o inducere a unei tensiuni fluctuante substanțial mai mare.
Tubul fluorescent primește tensiunea creată în secundarul lui T1, ceea ce îl face să se aprindă prompt și fără pâlpâire.
Un tub fluorescent de 6 wați poate fi condus de circuit folosind o sursă de 12 volți. Când se utilizează două baterii umede reîncărcabile de 6 volți, circuitul consumă doar 500 mA.
Prin urmare, se pot realiza mai multe ore de funcționare dintr-o singură încărcare. Lampa va funcționa considerabil diferit decât atunci când este alimentată de la 117 volți sau 220 V de la rețeaua de curent alternativ.
Nu este necesar demaror sau preîncălzitor, deoarece tubul este alimentat cu oscilații de înaltă tensiune. Tranzistorul de ieșire trebuie instalat pe un radiator în timpul construcției circuitului. Transformatorul poate fi destul de mic cu un primar de 220 V sau 120 V și un secundar de 12,6 volți, 450 mA.
11) Flasher fluorescent
Flasherul fluorescent, ilustrat în figura de mai sus, încorporează etape atât din circuitul fundamental al oscilatorului 4093, cât și din circuitul de alimentare cu lumină fluorescentă 4093.
Acest design, constând din două oscilatoare și un amplificator/etapă tampon, ar putea fi implementat ca a lampa de avertizare intermitentă pentru vehicule. După cum se poate vedea, aici, un pinout al etajului amplificator/buffer N3 se conectează cu ieșirea primului oscilator (N1).
Cel de-al doilea oscilator construit în jurul lui N2 asigură intrarea celuilalt picior al amplificatorului (N3). Cele două rețele RC independente de oscilatoare își definesc frecvențele de funcționare. Cu ajutorul tranzistorului Q1, sistemul generează o ieșire de comutare modulată în frecvență.
Această ieșire de comutare induce un impuls de înaltă tensiune în înfășurarea secundară a transformatorului T1. Ieșirea sa devine scăzută numai de îndată ce ambele semnale furnizate către IC1c sunt ridicate. Acest nivel scăzut oprește Q1 și, în cele din urmă, lampa începe să clipească.
12) Intermitent lampă activată cu lumină
Flasherul fluorescent declanșat de lumină, așa cum este prezentat mai sus, este o actualizare la circuitul de intermitent fluorescent IC 4093 anterior. Circuitul intermitent anterior 4093 a fost reconfigurat pentru a începe instantaneu să pâlpâie de îndată ce un șofer care se apropie luminează LDR-ul cu farurile sale.
Un LDR, R5, servește ca senzor de lumină în circuit. Potențiometrul R4 reglează sensibilitatea circuitului. Acest lucru trebuie ajustat astfel încât, atunci când un fascicul de lumină este fulgerat peste LDR de la o distanță de 10 până la 12 picioare, lampa fluorescentă începe să clipească.
În plus, potențiometrul R1 este reglat pentru a se asigura că atunci când sursa de lumină este îndepărtată din LDR, fulgerul se oprește de la sine.
